Mit der Mantelverordnung (MantelV) werden der Einsatz von mineralischen Stoffen im Erd-, Straßen-, Wege- und Schienenverkehrswegebau sowie die Verfüllung und Rekultivierung von Abgrabungen im Hinblick auf Umweltanforderungen und Anforderungen an die „chemische Güteüberwachung“ von so genannten mineralischen Ersatzbaustoffen (wie z.B. Recycling-Baustoffe, Bodenmaterialien, Aschen und Schlacken) bundeseinheitlich geregelt. Langjährige Forschungsergebnisse zeigen, dass die zu erwartenden Sickerwasserkonzentrationen am verlässlichsten durch eine Elution mit Wasser und nicht über Feststoffgehalte bestimmt werden können und sich ein niedrigeres Wasser- zu Feststoffverhältnis (WF) besser für die Prognose bewertungsrelevanter Sickerwasserkonzentrationen eignet. Wesentliches Kernelement der MantelV sind deshalb neu entwickelte, standardisierte und validierte DIN-Verfahren zur Herstellung von Eluaten bei einem Wasser- zu Feststoffverhältnis von 2 l/kg (WF 2), welche die bisherige Methodik aus Ländererlassen und nach LAGA M 20 ablösen. Im Rahmen der Erstprüfung des Eignungsnachweises wird ein ausführlicher Säulenversuch nach DIN 19528 und im Rahmen der Fremdüberwachung und werkseigen Produktionskontrolle ein WF 2-Säulenkurztest nach DIN 19528 oder ein WF 2-Schütteltest nach DIN 19529 eingesetzt. Die Artikel der MantelV gelten zwar als Verordnung der Bundesregierung für sich. Die Technischen Prüfvorschriften der TP Gestein-StB und Anhang D der TL Gestein-StB wären aber in großen Teilen für den Regelungsbereich der MantelV nicht mehr anwendbar. Der FGSV-Arbeitskreis

6.2.7 „Auslaugverfahren“ beschäftigt sich aktuell mit der Implementierung der neuen DIN-Elutionsverfahren und mit der Anpassung weiterer TP Gestein-StB Teile. Diese Arbeiten betreffen:

–     Teil 7.1.6 neu „Säulenversuch (WF = 2 l/kg)“ zur Präzisierung DIN 19528

–     Teil 7.1.7 neu „Schüttelversuch (WF = 2 l/kg)“ zur Präzisierung DIN 19529

–     Anpassung vorhandener Teil 7.2 „Probenvorbereitung und Verfahren zur Bestimmung der Feststoffgehalte“

–     Anpassung vorhandener Teil 7.3 „Bestimmungsverfahren“.

Der Fachvortrag zur Veranstaltung ist im Volltext verfügbar. Das PDF enthält alle Bilder und Formeln.

1 Hintergrund und Zielsetzung

1.1 Mantelverordnung

Die so genannte Mantelverordnung (MantelV) wurde am 16. Juli 2021 im Bundesgesetzblatt verkündet und tritt am 1. August 2023 in Kraft (BGBl., 2021). Die langwierige Diskussion um die Ausgestaltung der Mantelverordnung nimmt somit nach 16 Jahren ein Ende. Vier Artikel sollen unter anderem sicherstellen, dass die Verwertung von mineralischen Stoffen im Erd-, Straßen-, Wege- und Schienenverkehrswegebau (Artikel 1: Ersatzbaustoffverordnung) sowie die Verfüllung und Rekultivierung von Abgrabungen (Artikel 2: Novelle Bundes-Bodenschutzverordnung) bundeseinheitlich und gemäß den Zielstellungen des Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetzes erfolgt und ein ausreichender Schutz des Grundwassers und des Bodens gemäß Wasserhaushaltsgesetz und Bundes Bodenschutzgesetz gewährleistet ist. Diese Verordnung regelt ausschließlich Umweltanforderungen und Anforderungen an die „chemische Güteüberwachung“ von so genannten mineralischen Ersatzbaustoffen (wie z. B. Recycling-Baustoffe, Bodenmaterialien, Aschen und Schlacken) und löst die einschlägigen Ländererlasse und das Merkblatt 20 der Ländergemeinschaft Abfall (LAGA; LAGA, 1997; LAGA, 2004) ab. Es verbleiben nur noch wenige Monate bis zur Umsetzung. Die Recycling- und Bauwirtschaft, die Politik und die Verwaltung stehen vor großen Herausforderungen.

Mit Artikel 1: Ersatzbaustoffverordnung (EBV) werden im Wesentlichen folgende Fragen beantwortet: Bis zu welchen Konzentrationen in welchen Eluaten und gegebenenfalls im Feststoff sind mineralische Ersatzbaustoffe (MEB) in welchen Einbauweisen und unter welchen Randbedingungen (Grundwasserabstand, Art des Untergrundes) zulässig? Mit Artikel 2: Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) werden erstmalig bundeseinheitliche Regelung u. a. der Verfüllung von Abgrabungen gefunden und folgende Fragen beantwortet: Bis zu welchen Konzentrationen in welchen Eluaten und im Feststoff können Bodenmaterialien (und weitere mineralische Materialien) zur Verfüllung und aus bautechnischen Erfordernissen in Verfüllungen (z. B. Fahrstraße) eingesetzt/verwertet werden? Auch viele weitere Neuregelungen zur Sickerwasserprognose, Altlastenbeurteilung etc. sind Gegenstand der Novelle der BBodSchV.

Die materiellen Regelungen der MantelV basieren auf langjährigen Forschungserkenntnissen des Bundeministeriums für Bildung und Forschung (BMBF-Forschungsverbund „Sickerwasserprognose“ in den Jahren 1998 bis 2007, kurz: BMBF-Siwap) und des Umweltbundesamtes (diverse UFOPLAN-Projekte zur Grenzwertableitung und Methodenentwicklung in den Jahren 2005 bis 2018). Wesentliches Kernelement der MantelV sind durch das Deutsche Institut für Normung (DIN) neu entwickelte, standardisierte und validierte Laborverfahren zur Herstellung von Eluaten bei einem Wasser- zu Feststoffverhältnis von 2 l/kg (WF 2), welche die bisherige Methodik aus Ländererlassen und nach LAGA M 20 ablösen. Auch die so genannten Materialwerte (Grenzwerte im Eluat und gegebenenfalls im Feststoff) zur Materialklassifizierung von MEB wurden erstmalig quantitativ und medienschutzbasiert unter Berücksichtigung des Besorgnisgrundsatzes abgeleitet (Schutz des Grundwassers – Einhaltung von Geringfügigkeitsschwellenwerten (GFS), Bodenschutz – begrenzte Anreicherung im Boden). Dieses so genannte UBA-Grenzwertableitungskonzept basiert auf Messdaten von mineralischen Ersatzbaustoffen in den oben genannten WF 2-Eluaten und gegebenenfalls im Feststoff und auf Modellierungen der Hydraulik und des reaktiven Stofftransportes für verschiedene technische Einbauweisen und Untergrundkonstellationen. Die Materialwerte in WF 2-Eluaten und gegebenenfalls im Feststoff lösen die bisherigen Zuordnungswerte der Länder ab.

1.2 Schnittstellen der Mantelverordnung mit technischem Regelwerk der FGSV

Die Mantelverordnung regelt zwar keine bautechnischen Anforderungen an Gesteinskörnungen und Baustoffgemische, es ergeben sich aber zahlreiche Schnittstellen mit technischen Regelwerken. Als wesentliche Schnittstellen mit dem technischen Regelwerk der Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen e. V. (FGSV) sind u. a. folgende aufzuführen:

• Materialwerte und -klassen der EBV und Anhang D der TL Gestein-StB („Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau“),
• Labormethoden und Analysemethoden nach EBV und TP Gestein-StB („Technische Prüfvorschriften für Gesteinskörnungen im Straßenbau“),
• Technische Einbauweisen der EBV und RuA-StB („Richtlinien für die umweltverträgliche Anwendung von industriellen Nebenprodukten und Recycling-Baustoffen im Straßenbau“).

Die Artikel der MantelV gelten als Verordnung der Bundesregierung für sich. Die Technischen Prüfvorschriften der TP Gestein-StB (im Teil 7.1 ist der nach MantelV nicht anwendbare WF 10-Schütteltest und im Teil 7.3 der TP Gestein-StB sind von der MantelV abweichende Bestimmungsverfahren beschrieben) und Anhang D der TL Gestein-StB (hier sind im Rahmen der Erstprüfung und der Güteüberwachung einzuhaltenden Richt- und Grenzwerte für das Eluat gelistet. Weder die an die LAGA M 20 orientierten Richt- und Grenzwerte noch das WF 10-Eluat sind nach MantelV anwendbar) wären in großen Teilen für den Regelungsbereich der MantelV nicht mehr anwendbar und man müsste mühsam den Verordnungstext durcharbeiten und nach den zulässigen Laborverfahren, den einschlägigen Materialwerten und den zulässigen Einbauweisen suchen.

Der Koordinierungsausschuss Bau (KoA Bau) der FGSV schlägt deshalb vor, die EBV in das Regelwerk der FGSV zu implementieren soweit es die Anwendung im Straßen-, Erd- und Wegebau erleichtert. Die Koordination dieser Arbeiten liegt beim Arbeitsausschuss (AA) 6.2 „Umweltverträglichkeit, Industrielle Nebenprodukte und RC-Baustoffe“. Die Arbeitsgruppe „Gesteinskörnungen, Ungebundene Bauweisen“, Arbeitsausschuss „Umweltverträglichkeit, Industrielle Nebenprodukte und RC-Baustoffe“, Arbeitskreis 6.2.7 „Auslaugverfahren“ überprüft aktuell die verschiedenen TP Gestein-StB Teile, passt diese an die EBV an oder entwickelt neue TP Gestein-StB Teile um die nach MantelV neu eingeführten DIN-Normen zu präzisieren.

1.3 Zielsetzung dieses Beitrages

In diesem Beitrag wird zunächst der fachliche Hintergrund, der in der Mantelverordnung neu eingeführte DIN-Verfahren zur Elution und Perkolation von MEB erläutert. Des Weiteren werden die Einsatzfelder der Methoden im Rahmen der „chemischen Güteüberwachung“ nach EBV und für die Beurteilung von Bodenmaterialien benannt. Abschließend wird auf den Stand der Arbeiten zur Implementierung der DIN-Laborverfahren zur Bestimmung der wasserwirtschaftlichen Merkmale von mineralischen Ersatzbaustoffen nach TP Gestein-StB eingegangen.

2 Fachlicher Hintergrund neuer Laborverfahren in der MantelV

2.1 Paradigmenwechsel 1 – vom Feststoffgehalt zur Konzentration im Wasser

Ein wesentliches Ergebnis von BMBF-Siwap ist, dass die zu erwartenden Sickerwasserkonzentrationen verschiedener Stoffe am verlässlichsten durch eine Elution mit Wasser und nicht über Feststoffgehalte bestimmt werden können. Dies führte im Rahmen der Mantelverordnung zu einem Paradigmenwechsel von der Betrachtung der Feststoffgehalte hin zur so genannten Quelltermprognose mit Eluatkonzentrationen. Denn zum einen sind die Unsicherheiten bei der Bestimmung von Feststoffgehalten aufgrund der Matrix und der geringen Probenmengen im Milligramm-Bereich viel größer als bei der Bestimmung von Stoffen in wässrigen Eluaten aus mehreren 100 Gramm bis mehreren Kilogramm Material. Zum anderen erlaubt der Feststoffgehalt in der Regel keine Aussage über die zu erwartende Konzentration im Wasser, da in der Regel kein verlässlicher und systematischer und damit insbesondere kein generalisierbarer Zusammenhang zwischen Feststoffgehalten und Konzentrationen im Wasser besteht (vgl. Kapitel 2.2.1.1 in Susset et al., 2018, UBA Texte 26/2018). Insbesondere ist es nicht möglich anhand von Feststoffgehalten oder Ergebnissen einer sequentiellen Feststoffextraktion mit unterschiedlich starken Lösemitteln, die Quellstärke oder die zeitliche Quellstärkenentwicklung, also die Höhe der zu erwartenden Konzentrationen im Wasser und das Stofffreisetzungsverhalten über die Zeit sowie die Frachten (z. B. zur Abschätzung der Dauer einer Überschreitung bestimmter Qualitätskriterien an der Unterkante eines technischen Bauwerks) abzuleiten (siehe weitere Literatur hierzu im Kapitel 2.2.1.1, Susset et al., 2018). Dies gilt sowohl für PAK als repräsentative Stoffgruppe für Organika als auch in der Regel für Schwermetalle. Es wurde herausgearbeitet, dass zur Beurteilung mineralischer Materialien und auch von Altlasten hinsichtlich ihres Gefährdungspotenzials für das Grundwasser, neben in der Regel zu aufwändigen Feldlysimeterversuchen, Säulenversuche die realitätsnächsten Ergebnisse liefern.

Im Gegensatz zu bisherigen Regelungen (z. B. nach LAGA M 20, 1997 in LAGA TR Boden, 2003 und Ländererlassen) werden deshalb auch für die ∑15 EPA PAK und andere organische Stoffe, in der MantelV auf Basis der medienschutzbasierten Beurteilung, Materialwerte im Eluat festgelegt.

2.2 Paradigmenwechsel 2 – von hohen zu niedrigen Wasser- zu Feststoffverhältnissen

Wesentlich für die Umsetzung der neuen Ableitungssystematik in der geplanten MantelV ist eine geeignete Methode zur Bestimmung der für die Bewertung relevanten Konzentrationen im Sickerwasser. Für den Gesetzgeber sind mittelfristige Zeiträume für die Bewertung relevant und daher werden in der EBV und in der Novelle der BBodSchV (BGBl., 2021), eine über den Zeitraum bis WF 2 gemittelte Konzentration zur Bewertung einer Grundwassergefahr herangezogen und entsprechende Untersuchungsmethoden mit WF 2 eingeführt. Ein WF 2 stellt sich bei gängigen Bauweisen mittelfristig innerhalb bewertungsrelevanter Zeiträume von einigen Jahren bis wenigen Jahrzehnten im Sickerwasser an der Unterkante des Materials ein. WF 10 repräsentiert dagegen Konzentrationen, die sich erst langfristig einstellen und daher nicht bewertungsrelevant sind. Im Fall von gut löslichen Substanzen mit limitiertem, mobilisierbarem Anteil im Feststoff wie z. B. Chlorid, Sulfat und bei einigen Schwermetallen fallen die Konzentrationen im Eluat schnell ab und liegen bei WF 10 im sehr niedrigen Bereich oder unterhalb der Bestimmungsgrenze. Aufgrund der hohen analytischen Fehler in diesem Konzentrationsbereich, kann die Ergebnisunsicherheit außerdem zu Fehlinterpretationen führen. Wie Bild 1 verdeutlicht, repräsentiert die kumulative Konzentration in Säulenkurzeluaten bis WF 2 (DIN 19528, 2009) oder im Schütteleluat bei WF 2 (DIN 19529, 2015) eine mittlere Konzentration, die zwischen anfänglich hohen Konzentrationen und langfristig niedrigeren Konzentrationen oder auch langfristig höheren Konzentrationen mittelt. Die Konzentrationen im Sickerwasser, die sich sehr langfristig einstellen, können bereits stark verdünnt sein. Konzentrationen bei WF 10 repräsentieren sehr lange Zeiträume wie z. B. nach 250 Jahren bei einem Lärmschutzwall mit einer 4 m mächtigen Schicht aus Recyclingbaustoff, einer Trockenraumdichte von 1800 kg/m³ und einer Sickerwasserrate von 300 mm/Jahr (vgl. Erläuterungen und weiterführende Literatur im Kapitel 2.2.1.3 in Susset et al., 2018).

Im gezeigten Beispiel der Sulfatfreisetzung aus einer künstlichen Auffüllung in Feldlysimetern, Säulenversuchen und verschiedenen Eluattests (Bild 1), liegt die Konzentration im WF 10-Eluat mit 92 mg/L deutlich unterhalb der GFS von 250 mg/L, obwohl im Lärmschutzwall über einen Zeitraum von über 50 Jahren massive Überschreitungen der GFS von Sulfat vorliegen. Die Mittelung bis WF 2 bedeutet, dass einerseits im Falle eines raschen Konzentrationsrückgangs insbesondere in dünnschichtigen Einbauweisen das mittel-langfristige Umweltrisiko überschätzt wird, während andererseits im eher exotischen Fall von langfristig ansteigenden Konzentrationen das Langzeitrisiko für Boden und Grundwasser unterschätzt wird. Die Bedeutung der Unschärfen in der Betrachtung gemittelter Konzentrationen bei festgelegten bewertungsrelevanten WF wird im Kapitel 2.2.2.5 in Susset et al. diskutiert.

Bild 1: Übertragbarkeiten der Ergebnisse aus Säuleneluaten/Lysimeter-Sickerwässern/Batcheluaten sowie Zeitskalen verschiedener Elutionsmethoden (aus Susset et al., 2018)

Wie die Ergebnisvergleiche von Paralleluntersuchungen von 30 Proben mineralischer Ersatzbaustoffe in WF 2-Eluat und WF 10-Eluaten im Bild 2 zeigen können relevante Stofffreisetzungen nach der EBV im WF 2-Eluat sicher identifiziert werden und es resultieren differenzierte Einbaubeschränkungen, während die Freisetzungspotenziale nach bisherigen Regelwerken wie z. B. der LAGA M 20 auf der Basis von WF 10-Eluaten nicht erkannt werden. Für alle Proben wären nach bisheriger Sach- und Regelungslage offene Bauweisen zulässig. Diese Fehlinterpretation führt zu einer Unterschätzung des Boden- und Grundwassergefahrenpotenzials.

Für eine Zulassung von Einbauweisen mineralischer Ersatzbaustoffe in technischen Bauwerken muss deshalb die gemittelte Konzentration nach mittelfristigen Zeiträumen (Jahre bis wenige Jahrzehnte) bekannt sein und berücksichtigt werden. Anderenfalls müssten bei einer Bewertung mit z. B. WF 10-Eluaten hohe Sicherheitsaufschläge auf Grenzwerte vorgenommen werden, die nur schwer ableitbar sind. Im BMBF-Verbundprojekt Siwap wurde nachgewiesen, dass Konzentrationen in ausführlichen Säulenversuchen und WF 2-Säulenkurzeluaten mit Feldlysimeterergebnissen in der Mehrzahl der Fälle direkt vergleichbar sind (siehe weiterführende Literatur in Susset et al., 2018).

Bild 2: Bedeutung des Wechsels der Elutionsmethode (Säulenversuch nach DIN 19528, 2009) und des Wasser- zu Feststoffverhältnisses von 10 L/kg auf 2 L/kg für das Schutzniveau der EBV für den Boden und das Grundwasser im Vergleich zu bisherigen Regelwerken. Wie die Ergebnisvergleiche von Paralleluntersuchungen von 30 Proben mineralischer Ersatzbaustoffe in WF 2- und WF 10-Eluaten zeigen können relevante Stofffreisetzungen nach der EBV im WF 2-Eluat sicher identifiziert werden und es resultieren differenzierte Einbaubeschränkungen, während die Freisetzungspotenziale nach bisherigen Regelwerken wie z. B. der LAGA M 20 oftmals nicht erkannt werden. Für alle Proben wären nach bisheriger Sach- und Regelungslage offene Bauweisen zulässig. Diese Fehlinterpretation führt zu einer Unterschätzung des Boden- und Grundwassergefahrenpotenzials (aus Susset et al., 2018).

3 Normung und Validierung der Laborverfahren durch das DIN

3.1 Hintergrund

Neben der Untersuchung der geeigneten WF, die zu einer Empfehlung eines Wechsels von einer hohen WF (10) zu einer niedrigen WF (2) geführt haben, wurde für die MantelV auch die Eignung der Untersuchungsmethode zur Herstellung eines Eluates betrachtet. Die bis 1. August 2023 noch geltende BBodSchV (1999) empfiehlt im Anhang 1, Nr. 3.1.2 verschiedene experimentelle Verfahren zur Ermittlung der Quellstärke für anorganische Schadstoffe. Zulässig sind u. a. der Bodensättigungsextrakt („BSE“ Referenzverfahren nach BBodSchV, Anhang 3, Absatz 3.1.2) und die Elution mit Wasser nach DIN 38414-4 10/1984 (bei Nachweis der Gleichwertigkeit zu BSE). Diese Verfahren wurden aufgrund des neu geschaffenen Erkenntnisstandes durch das BMBF-Verbundprojekt Siwap nicht in die MantelV übernommen, da sich die Wechselwirkungen zwischen Festphase und Elutionsmittel von den unter natürlichen Bedingungen auftretenden Interaktionen mit Regen- bzw. Sickerwasser stark unterscheiden. Das bisher verbreitet eingesetzte, nicht validierte und lediglich für Böden und Schlämme (nicht für Abfälle) genormte Schüttel-Elutionsverfahren bis WF 10 (DEV S4, DIN 38414-4 10/1984) wird in der MantelV nicht mehr eingesetzt werden können. Diese Norm wurde bereits zum 1. Dezember 2015 zurückgezogen. Batchtests, wie z. B. Schütteltests weisen das systematische Defizit auf, dass sie die dynamischen Fließbedingungen einer Ablagerung oder Schüttung im Freien nicht annähern und die zeitliche Entwicklung nicht erfassen. Die Feldrelevanz der Ergebnisse von Schütteleluaten mit hohen WF (wie z. B. WF 10) liegt eher bei der Bestimmung des Stoffaustrags aus suspendierten Partikeln in einer Wassersäule, wie z. B. bei der Sedimentfracht in Flüssen oder Bodenteilchen bei Überschwemmungen. Für die Untersuchung organischer Bestandteile empfiehlt die bisherige BBodSchV (1999) den (dynamischen) Säulenversuch, ohne diesen näher zu präzisieren, da zum Zeitpunkt der Einführung der Verordnung noch keine abgeschlossene (zitierfähige) Norm vorlag, sondern nur die Vornorm DIN V 19736 (zwischenzeitlich zurückgezogen).

3.2 Säulenversuch nach DIN 19528 und Schüttelversuch nach DIN 19529

Im Laufe des Verordnungsverfahrens zur MantelV wurde das DIN damit beauftragt auf der Basis des BMBF-Siwap einen Schüttelversuch bei WF 2 und einen Säulenversuch zu entwickeln, der sowohl als ausführlicher Versuch durchgeführt werden kann als auch als WF 2-Säulenkurztest. Der in Deutschland für die MantelV normierte und validierte Säulenversuch nach DIN 19528 (2009) für die gemeinsame Untersuchung der Freisetzung von anorganischen und organischen Stoffen aus Feststoffen basiert auf der deutschen Vornorm DIN V 19736 sowie auf europäischen und internationalen Normentwürfen aus dem europäischen Abfall- und Deponierecht (Säulenversuch nach DIN CEN/TS 14405 für anorganische Stoffe aus dem Jahr 2004 und ISO-Vornorm eines Säulenversuchs – ISO/TS 21268-3 aus dem Jahr 2006). Bei der ISO-Vornorm wurde – erstmalig im internationalen Kontext – auch die gemeinsame Untersuchung von anorganischen und organischen Stoffen im Säuleneluat vorgeschlagen.

Bild 3: Schematischer Aufbau von statischen Elutionsverfahren (Batchtests: Schütteltest, Trogverfahren, Bodensättigungsextrakt) im Bild oben und von dynamischen Elutionsverfahren (Säulenversuche, hierzu zählen auch Lysimeterversuche) im Bild unten (aus Susset et al., 2018)

Bei den gängigen Elutionstests lassen sich grundsätzlich dynamische Perkolationsverfahren (Säule, Lysimeter) von statischen Trogverfahren, Schütteltests und Sättigungsextrakten unterscheiden. Trog-, Schüttel- und Sättigungsverfahren können allgemeiner auch als Batchtests bezeichnet werden. Bei diesen statischen Testverfahren (eine Ausnahme bilden mehrstufige Trogoder Schüttelverfahren mit Wasseraustausch) wird das Probenmaterial mit einer definierten Menge Wasser in der Regel einmalig über 24 h in einem Behältnis (Batchsystem) inKontakt gebracht (vgl. Bild 3, oben). Die Eluate werden einmalig beprobt und analysiert. Man geht dabei von einer Einstellung von Gleichgewichtsbedingungen aus, ohne diese Bedingung zu prüfen. Schütteltests, Trogversuche und Sättigungsextrakte unterschieden sich im Wesentlichen im eingesetzten Wasser-/Feststoffverhältnis (WF) und in der Mischmethode mit der das Elutionsmittel mit dem Untersuchungsmaterial in Kontakt gebracht wird (Überkopfschütteln, Horizontalschütteln, Rühren etc.).

Säulenelutionsverfahren gehören zu den dynamischen Verfahren, da das Elutionsmittel kontinuierlich durch die Probe strömt und je nach Fragestellung, durch eine kontinuierliche Beprobung und Analyse, die zeitliche Konzentrationsentwicklung im Eluat verfolgt werden kann (vgl. Bild 3, unten). Alle Säulenperkolationsnormen werden im Aufwärtsstrom betrieben.

Wie die Einsatzbereiche in der Tabelle 3 im Kapitel 2.2.1.3 in Susset et al., 2018 zeigen, wird der Säulenversuch nach DIN 19528 und der Schüttelversuch nach DIN 19529 in der EBV und in der Novelle der BBodSchV im Rahmen der MantelV des Bundes und auch in der aktuellen Deponieverordnung in Bezug genommen.

Aktuell werden sowohl der Säulenversuch nach DIN 19528 als auch der Schüttelversuch nach DIN 19529 novelliert.

Die Novellierungen betreffen im Wesentlichen folgende Punkte:

• Änderung Maximalkorn im Versuch von 32 mm auf 22,4 mm,
• Aufsättigung über 5 bis 7,5 h vor Versuchsbeginn im Säulenversuch, statt bisher 2 h,
• Neueinführung Calciumchloridlösung für die Untersuchung Bodenmaterial und Baggergut,
• Präzisierungen zu den Geräten,
• Präzisierung Flüssig-Fest-Trennungsschritt für Anorganika im Schütteltest,
• Präzisierungen zu den Begrifflichkeiten,
• Präzisierungen zu den Reagenzien.

Mit den Endfassungen der beiden Normen ist im Laufe des Jahres 2023 zu rechnen.

3.3 Herstellung des Eluates

Vereinfacht dargestellt wird beim Schüttelversuch eine definierte Probenmenge (1 kg) in einer definierten Wassermenge (2 Liter) geschüttelt. Nach dem Abfiltrieren der Feststoffe wird analysiert, inwieweit lösliche Stoffe aus dem Feststoff in das Wasser übergetreten sind. Beim Säulenversuch wird das Probenmaterial in eine Säule aus Glas gefüllt und mit Wasser durchströmt, das anschließend analysiert wird.

Beim ausführlichen Säulenversuch werden 4 Eluatfraktionen mit Wechsel der Auffangbehälter beprobt und analysiert. Es resultieren 4 Messwerte in einer Zeitreihe also ein Elutions- bzw. Konzentrationsverlauf. Beim Säulenkurztest wird das Eluat bis WF 2 in einem einzigen Auffangbehälter aufgefangen und einmal beprobt und analysiert. Wie beim Schütteleluat entsteht nur ein Messwert bei WF 2.

Im ausführlichen Säulenversuch nach DIN 19528 werden üblicherweise vier Eluatfraktionen gewonnen, also vier Laborproben analysiert, die jeweils nach Erreichen der Wasser-Feststoff-Verhältnisse (WF in L/kg) von 0,3/1/2 und 4 gewonnen werden (es können für bestimmte Fragestellungen nach DIN 19528 auch höhere Eluatfraktionen zum Beispiel bis WF 10 gewonnen werden). Die Perkolation läuft jeweils weiter, so dass bei zum Beispiel 5 kg Prüfprobe Volumina von 1,5 Liter (= 0,3 x 5 kg), 3,5 Liter (= 0,7 x 5 kg), 5 Liter (= 1,0 x 5 kg) und 10 Liter (= 2 x 5 kg) gewonnen werden. Die Aufsummierung der WF ergibt das gesamte WF von 4. Beim ausführlichen Säulenversuch werden die Konzentrationen jeder Eluatfraktion bei WF 0,3/1/2/4 analysiert. Beim WF 2-Säulenkurztest nach DIN 19528 wird die Perkolation bei Erreichen von WF 2 beendet (die gesamte Wassermenge wird in einer Flasche gesammelt und darin die kumulative Konzentration analysiert).

4 Einsatzbereiche im Rahmen der Güteüberwachung nach EBV und für die BBodSchV

Alle nachfolgenden Ausführungen betreffen nur einen Teil der Güteüberwachung, nämlich die Bestimmung der umweltrelevanten Merkmale im Rahmen der hier so genannten „chemischen Güteüberwachung“. Im Rahmen der Erstprüfung (EP) des Eignungsnachweises (EgN) von MEB nach EBV ist nur ein Verfahren zulässig: der ausführliche Säulenversuch nach DIN 19528, Ausgabe Januar 2009. Dieser ist nach DIN 19528 (2009) mit den Eluatfraktionen bei WF 0,3; 1; 2 und 4 l/kg durchzuführen und jede Eluatfraktion auf alle Parameter der EBV, Anlage 1 Tabelle 1 und Anlage 4 Tabelle 2.1 zu untersuchen und zu analysieren. Im Rahmen der EP werden die berechneten Eluatkonzentrationen bei WF 2 l/kg aus dem ausführlichen Säulenversuch für den Vergleich mit den Materialwerten herangezogen. Dafür sind Untersuchungen der Eluatfraktionen bis WF von 2 l/kg (bei WF 2 l/kg) unbedingt erforderlich (da sonst die Berechnungsgrundlage für den kumulierten Wert bei WF 2 l/kg fehlt). Die Messwerte für alle Eluatfraktionen bei 0,3; 1; 2 und 4 l/kg werden dokumentiert (weitere Details, siehe Dihlmann; Susset, 2022). Der Messwert bei WF 4 l/kg ist für die Berechnung der Referenzkonzentration bei WF 2 l/kg nicht relevant, muss aber dokumentiert werden. Die Berechnung der kumulativen Konzentration bei WF 2 aus dem ausführlichen Säulenversuch erfolgt gemäß Kapitel 9.4.3 der DIN 19528 (2009).

Im Rahmen der Fremdüberwachung und der werkseigenen Produktionskontrolle werden die unmittelbar im WF 2-Eluat gemessenen Eluatkonzentrationen aus dem Säulenkurztest (DIN 19528, Ausgabe Januar 2009) oder aus dem Schüttelversuch (DIN 19529, Ausgabe Dezember 2015) herangezogen. Im Rahmen der Fremdüberwachung und der werkseigenen Produktionskontrolle sind sowohl das Säulenkurzeluat bei WF 2 nach DIN 19528, Ausgabe Januar 2009, als auch das Schütteleluat bei WF 2 nach DIN 19529, Ausgabe Dezember 2015, zulässig. Der Verordnungsgeber geht hier von einer Gleichwertigkeit der Messergebnisse der beiden Elutionsverfahren aus. Die Messwerte aus den WF 2-Eluaten werden direkt mit den Materialwerten im Eluat der Tabellen 1 bis 4 in Anlage 1 der EBV verglichen.

5 Stand der Arbeiten zur Implementierung der Methoden in TP Gestein-StB

Der FGSV-Arbeitskreises 6.2.7 „Auslaugverfahren“ beschäftigt sich aktuell mit der Implementierung der neuen DIN-Elutionsverfahren und mit der Anpassung weiterer TP Gestein-StB Teile:

• Neuer Teil 7.1.6 der TP Gestein-StB „Säulenversuch (WF = 2 l/kg)“ zur Präzisierung des Säulenversuches nach DIN 19528.
• Neuer Teil 7.1.7 der TP Gestein-StB „Schüttelversuch (WF = 2 l/kg)“ zur Präzisierung des Schüttelversuches nach DIN 19529.
• Anpassung vorhandener Teil 7.2 der TP Gestein-StB „Probenvorbereitung und Verfahren zur Bestimmung der Feststoffgehalte“.
• Anpassung vorhandener Teil 3 der TP Gestein-StB „Bestimmungsverfahren“.

Die beiden Teile 7.2. und 7.3 der TP Gestein-StB sind fertiggestellt und stehen in der Frühjahrssitzung zur Endabstimmung. Im Teil 7.2 der TP Gestein-StB wurden lediglich Titel, Bezeichnungen, Datierungen und Bezüge geändert. Im Teil 7.3 der TP Gestein-StB fand neben der Titeländerung eine umfassende Überarbeitung statt: Bestimmungsverfahren aus der EBV wurden geprüft und übernommen und teilweise korrigiert. Bei einzelnen Parametern wurden auch gängige alternative Bestimmungsverfahren (z. B. Chlorid, Sulfat) in aktuellen Fassungen genannt. Die Bestimmungsverfahren aus TP 7.3 der TP Gestein-StB alt, für Parameter, die in der MantelV nicht benötigt werden, wurden beibehalten und die einschlägigen Normverweise aktualisiert.

Die Arbeiten zu den neu zu fassenden TP Gestein-StB Teilen zur Präzisierung der DIN-Normen wurden stark verzögert, da zunächst geklärt werden musste, ob hier auch schon die sinnvollen Änderungen der DIN-Novellen (vgl. Kapitel 3.2) berücksichtigt werden können. Die EBV verweist starr auf das Ausgabedatum der DIN-Normen (2009 und 2015). Die beiden TP Gestein-StB Teile werden nun erarbeitet unter der Prämisse einer Nennung der Norm aus der EBV mit exaktem Ausgabedatum, also DIN 19528 (2009) und DIN 19529 (2015) bei Verweisen im Text und in möglichem Quellenverzeichnis und dem Aufgreifen von technischen Präzisierungen aus den jeweiligen Novellen, wenn diese innerhalb der Schwankungsbreiten der starr verwiesenen Ausgaben 2009 bzw. 2015 liegen.

Literaturverzeichnis

BGBl. (2021): Verordnung zur Einführung einer Ersatzbaustoffverordnung, zur Neufassung der Bundes Bodenschutz- und Altlastenverordnung und zur Änderung der Deponieverordnung und der Gewerbeabfallverordnung vom 9. Juli 2021, Bundesgesetzblatt Jahrgang 2021 Teil I Nr. 43, ausgegeben am Juli 2021, Bonn

Dihlmann, P.; Susset, B. (2022): Einführung in die Mantelverordnung – Praxishandbuch für Bauunternehmen, Baustoff-Recyclingunternehmen und Betreiber von Verfüllungen, Beuth Praxis, Beuth Verlag, Berlin

DIN 19528 (2009): Elution von Feststoffen – Perkolationsverfahren zur gemeinsamen Untersuchung des Elutionsverhaltens von organischen und anorganischen Stoffen für Materialien mit einer Korngröße bis 32 mm – Grundlegende Charakterisierung mit einem ausführlichen Säulenversuch und Übereinstimmungsuntersuchung mit einem Säulenschnelltest, Deutsches Institut für Normung, DIN 19528:2009-01, Ausgabe 01/2009, Beuth Verlag, Berlin

DIN 19529 (2015): Elution von Feststoffen – Schüttelverfahren zur Untersuchung des Elutionsverhaltens von anorganischen und organischen Stoffen mit einem Wasser/Feststoff-Verhältnis von 2 l/kg. Ausgabe Dezember 2015, Beuth Verlag, Berlin

LAGA M 20 (1997): Anforderungen an die stoffliche Verwertung von mineralischen Reststoffen/Abfällen – Technische Regeln-, Mitteilung der Länderarbeitsgemeinschaft Abfall (LAGA) 20. In 5. Auflage Stand 6.11.2003, die zurückgezogene LAGA M 20, 1997 wurde durch LAGA und Erich Schmidt Verlag unverändert als Teil II und III (Stand 6.11.1997) zusammen mit dem fortgeschriebenen Allgemeinen Teil (Teil I, Stand 6.11.2003) als 5. Auflage der LAGA M 20 (Stand 6.11.2003) veröffentlicht (vgl. Vorbemerkungen, 5. Auflage), laga-online.de

Susset, B.; Mayer, U.; Finkel, M.; Grathwohl, P. (2018): Weiterentwicklung von Kriterien zur Beurteilung des schadlosen und ordnungsgemäßen Einsatzes mineralischer Ersatzbaustoffe und Prüfung alternativer Wertevorschläge, In: UBA Texte 26/2018, Dessau

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Technische Prüfvorschriften für Gesteinskörnungen im Straßenbau (TP Gestein-StB), Ausgabe 2008, Stand Dezember 2022, Köln (FGSV 610)

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Technische Lieferbedingungen für Gesteinskörnungen im Straßenbau (TL Getein-StB), Ausgabe 2004/Fassung 2018, Köln (FGSV 613)

Forschungsgesellschaft für Straßen- und Verkehrswesen: Richtlinien für die umweltverträgliche Anwendung von industriellen Nebenprodukten und Recycling-Baustoffen im Straßenbau (RuA-StB), Ausgabe 2001, Köln (FGSV 642)